赵伟等：节理岩体数值模拟及力学参数确定 ·1547· 度逐渐趋于稳定，之后几乎不再变化.故最终建模分 抗压强度 析到25m边长即停止. ~拟合曲线 由图7可得次生岩体特征强度为1.10MPa,同上 拟合节理岩体参数结果如表3所示.由于其几乎考虑 40 了所有节理的作用，故可代表工程岩体参数 表3节理岩体参数拟合结果 Table 3 Fitting parameters of jointed rock mass 模型 参数 拟合结果 10 oa/MPa 50 0.4 0.81.21.62.02.42.8 GSI 48 尺寸m m 图5原生岩体数值模拟结果 Hoek-Brown D Fig.5 Numerical results of primary rock mass 0.7 E/GPa 30 边长为0.5m,且其沿长度方向至少包含10个单元，按 mb 0.287 照前述相同方式由2m边长开始构建次生岩体模型， 0.0005 部分如图6所示 a 0.507 20mx20m×20m 22m×22mx22m 25mx25m×25m E/GPa 2.83 t/kPa 93 Mohr-Coulomb c/kPa 244 中/() 41.4 注：表中参数按数值计算后围压及岩体单轴抗压强度（分别为 0.4752MPa和1.10MPa)拟合所得，m:及D按推荐参考值取定：E 为完整岩石弹性模量 双尺度建模分析岩体参数时，节理的分界尺度及 14m×14mx14m 上下限尺寸的确定对计算结果有重要影响，该值的确 18 mx18 mx18 m 定与节理分布特征及实际工程需要等因素具有相关关 图6次生岩体模型 系.虽然分界尺度等参数的确定具有一定的主观性， Fig.6 Secondary rock mass models 但随后对参数拟合结果进行初步验证.可以预见的 逐步建立各尺寸岩体模型并将原生岩体和节理参 是：分界尺度越大，通常情况下其所得原生岩体特征单 数赋予模型之后，进行单轴压缩试验，结果如图7所 元尺度越大，由此次生岩体单元尺寸相应取值越大. 示.可以看出：模型单轴抗压强度随着尺寸的增加而 实际应用时，可将原生和次生节理分别隐性和显性考 呈降低趋势，当尺寸增加到一定程度，强度降低速率越 虑.当工程尺度较大，即单元网格需要划分较大时，相 来越慢，曲线近似水平；当模型边长大于18m时，其强 应节理分界尺度可取得大一些，由此双尺度建模可以 分析不同工程尺度岩体 ★抗压强度 一拟合曲线 3边坡算例验证分析 为验证前述方法拟合确定节理岩体参数的等效 4 性，在算例边坡（尺寸及边界条件如图8所示）中进行 3 验算分析.兼顾模型计算效率及准确性，单元格边长 2 为lm,且分别计算Mohr-Coulomb和Hoek-Brown两种 模型，岩体密度为2500kg·m3 采用强度折减法和极限平衡法分析边坡稳定性的 10152025303540 计算结果分别见图9和图10所示.强度折减法采用 尺寸/m 抗剪强度同步等效折减，极限平衡法采用简化Bishop 图7次生岩体数值模拟结果 法.由计算结果可以看出：对于Mohr一Coulomb和 Fig.7 Numerical results of secondary rock mass Hoek-Brown两种模型，采用不同模型时，强度折减法赵 伟等: 节理岩体数值模拟及力学参数确定 图 5 原生岩体数值模拟结果 Fig． 5 Numerical results of primary rock mass 边长为 0. 5 m，且其沿长度方向至少包含 10 个单元，按 照前述相同方式由 2 m 边长开始构建次生岩体模型， 部分如图 6 所示． 图 6 次生岩体模型 Fig． 6 Secondary rock mass models 图 7 次生岩体数值模拟结果 Fig． 7 Numerical results of secondary rock mass 逐步建立各尺寸岩体模型并将原生岩体和节理参 数赋予模型之后，进行单轴压缩试验，结果如图 7 所 示． 可以看出: 模型单轴抗压强度随着尺寸的增加而 呈降低趋势，当尺寸增加到一定程度，强度降低速率越 来越慢，曲线近似水平; 当模型边长大于 18 m 时，其强 度逐渐趋于稳定，之后几乎不再变化． 故最终建模分 析到 25 m 边长即停止． 由图 7 可得次生岩体特征强度为 1. 10 MPa，同上 拟合节理岩体参数结果如表 3 所示． 由于其几乎考虑 了所有节理的作用，故可代表工程岩体参数． 表 3 节理岩体参数拟合结果 Table 3 Fitting parameters of jointed rock mass 模型 参数 拟合结果 Hoek--Brown σci /MPa 50 GSI 48 mi 5 D 0. 7 Ei /GPa 30 mb 0. 287 s 0. 0005 a 0. 507 Mohr--Coulomb E/GPa 2. 83 t / kPa 93 c/ kPa 244 /( °) 41. 4 注: 表中参数按数值计算后围压及岩体单轴抗压强度( 分别为 0. 4752 MPa 和 1. 10 MPa) 拟合所得，mi 及 D 按推荐参考值取定; Ei 为完整岩石弹性模量． 双尺度建模分析岩体参数时，节理的分界尺度及 上下限尺寸的确定对计算结果有重要影响，该值的确 定与节理分布特征及实际工程需要等因素具有相关关 系． 虽然分界尺度等参数的确定具有一定的主观性， 但随后对参数拟合结果进行初步验证． 可以预见的 是: 分界尺度越大，通常情况下其所得原生岩体特征单 元尺度越大，由此次生岩体单元尺寸相应取值越大． 实际应用时，可将原生和次生节理分别隐性和显性考 虑． 当工程尺度较大，即单元网格需要划分较大时，相 应节理分界尺度可取得大一些，由此双尺度建模可以 分析不同工程尺度岩体． 3 边坡算例验证分析 为验证前述方法拟合确定节理岩体参数的等效 性，在算例边坡( 尺寸及边界条件如图 8 所示) 中进行 验算分析． 兼顾模型计算效率及准确性，单元格边长 为 1 m，且分别计算 Mohr--Coulomb 和 Hoek--Brown 两种 模型，岩体密度为 2500 kg·m － 3 ． 采用强度折减法和极限平衡法分析边坡稳定性的 计算结果分别见图 9 和图 10 所示． 强度折减法采用 抗剪强度同步等效折减，极限平衡法采用简化 Bishop 法． 由 计 算 结 果 可 以 看 出: 对 于 Mohr--Coulomb 和 Hoek--Brown 两种模型，采用不同模型时，强度折减法 · 7451 ·